KR20180033958A - 케이블 교량의 장력 측정 시스템 및 케이블 교량의 장력 측정 방법 - Google Patents

케이블 교량의 장력 측정 시스템 및 케이블 교량의 장력 측정 방법 Download PDF

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Abstract

케이블 교량의 장력 측정 시스템 및 케이블 교량의 장력 측정 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 장력 측정에 관한 이벤트 신호의 수신에 연동하여, 케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득하는 획득부와, 상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식하는 인식부, 및 상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 상기 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정하는 처리부를 포함한다.

Description

케이블 교량의 장력 측정 시스템 및 케이블 교량의 장력 측정 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING TENSION OF CABLE BRIDGE}
본 발명은 영상 기반으로 장대 교량에 사용되는 케이블의 장력 측정을 자동화 하기 위한 것이다.
최근, 재료 및 시공 기술의 지속적인 발전으로 인해 국내외적으로 장대 교량의 건설이 증가하고 있다. 그 중에서도 장대 교량은 다수의 케이블에 대한 장력을 조정하여 주탑과 거더(Girder)의 응력을 조정하는 고차 부정정 구조물로서, 다양한 형태의 설계가 가능하고 미관이 뛰어나기 때문에 현재 많은 중장대형 교량에 적용되고 있다.
한편, 공용 중인 장대 교량 케이블의 건전성을 모니터링 하기 위해서는 케이블의 장력을 정확하게 산출하여 유지 관리할 필요가 있으며, 이를 위해 기존에는 케이블에 부착시켜 고정한 저주파 가속도계(가속도 센서)를 통해 고유진동수를 추출하여 장력을 간접적으로 추정하는 방식으로 장력 측정이 이루어지고 있다.
하지만, '사장교'와 같은 장대 교량에 사용되는 케이블은 길이가 수십에서 수백 미터에 이르며, 케이블 길이가 길어질 경우 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 어렵고, 각 가속도 센서와 계측기를 1:1로 연결하기 위한 케이블 설치 작업으로 인해 인력과 시간이 많이 소요될 수 있다.
또한, 장대 교량의 모든 케이블을 모니터링 하려면 각 케이블 수 만큼의 가속도 센서가 필요하고, 가속도 센서의 수명은 대략 5년 정도로 짧기 때문에 주기적인 유지 보수가 요구된다.
이에 따라, 가속도 센서를 이용하지 않고, 관리자의 주관적인 판단 없이도 케이블의 장력을 자동화하여 측정할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 장대 교량 케이블을 촬상한 영상을 처리하여 장력 측정이 요구되는 케이블에 대한 기준점을 인식하고, 상기 기준점에 따른 측정범위에서의 학습 데이터를 이용하여 케이블의 장력을 추정 함으로써, 가속도 센서를 이용하는 기존의 방식 보다 적은 설치 비용과 유지 보수 비용으로 측정 효율성을 높이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 영상 기반으로 케이블의 장력 측정을 자동화 함으로써, 관리자의 주관적인 판단 없이도 케이블에 대한 정기 점검을 상시로 수행 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 카메라 모듈에 구비된 팬틸트 드라이버의 제어를 통해, 장력 측정이 필요하다고 판단되는 케이블을 시간에 따라 이동하면서 촬상하여, 거리가 가장 먼 케이블에 대해서도 장력을 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 카메라 모듈에 구비된 줌 렌즈 또는 렌즈 포커스의 제어를 통해, 원 거리에서 촬상된 장대 교량 케이블의 영상으로부터 일정 수준 이상의 해상도를 가지는 케이블 이미지를 획득할 수 있도록 함으로써, 상기 케이블 이미지에서 장력 측정을 위한 기준점을 정확하게 인식 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 장력 측정에 관한 이벤트 신호의 수신에 연동하여, 케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득하는 획득부와, 상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식하는 인식부, 및 상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 상기 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정하는 처리부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 방법은, 장력 측정에 관한 이벤트 신호의 수신에 연동하여, 케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득하는 단계와, 상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식하는 단계, 및 상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 상기 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 장대 교량 케이블을 촬상한 영상을 처리하여 장력 측정이 요구되는 케이블에 대한 기준점을 인식하고, 상기 기준점에 따른 측정범위에서의 학습 데이터를 이용하여 케이블의 장력을 추정 함으로써, 가속도 센서를 이용하는 기존의 방식 보다 적은 설치 비용과 유지 보수 비용으로 측정 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 기반으로 케이블의 장력 측정을 자동화 함으로써, 관리자의 주관적인 판단 없이도 케이블에 대한 정기 점검을 상시로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 카메라 모듈에 구비된 팬틸트 드라이버의 제어를 통해, 장력 측정이 필요하다고 판단되는 케이블을 시간에 따라 이동하면서 촬상하여, 한 면에 설치된 모든 케이블에 대해 장력을 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 카메라 모듈에 구비된 줌 렌즈 또는 렌즈 포커스의 제어를 통해, 원 거리에서 촬상된 장대 교량 케이블의 영상으로부터 일정 수준 이상의 해상도를 가지는 케이블 이미지를 획득하여, 상기 케이블 이미지에서 장력 측정을 위한 기준점을 정확하게 인식할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 위치 정보 기반으로 자동 제어가 가능한 팬틸트 드라이버와 줌 렌즈 및 포커스 렌즈 중 적어도 하나의 카메라 모듈을 이용하여, 촬영 위치 및 해상도를 조정하여 장대 교량 케이블의 영상을 촬상 함으로써, 한 번의 촬영을 통해 획득한 케이블 이미지로부터 많은 수의 케이블에 대한 장력을 용이하게 계측하여, 종래에 케이블 각각으로 부착된 가속도 센서를 통해 장력을 측정하는 경우보다 측정 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 케이블에 대한 장력을 추정하여 그 변화된 정도를 통해, 관리자로 하여금 교량의 이상 유무를 가늠하도록 지원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템을 도시한 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 템플릿 매칭을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 케이블 이미지에 대해 영상 필터 처리를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 기준점을 이용하여 케이블에 대한 측정범위를 식별하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 진동법에 근거하여 장력을 산정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 케이블 장력 측정 프로그램의 화면 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 카메라 모듈을 일정 시간 간격으로 이동시키면서 케이블 교량의 케이블을 촬영하여 획득한 케이블 이미지의 일례들을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 응용프로그램 업데이트 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템을 도시한 개요도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템(100)은, 메인 PC(110), RX 리피터(120), TX 리피터(130) 및 카메라 모듈(140)을 포함하여 구성될 수 있다. 카메라 모듈(140)은 카메라(141), 렌즈(142), 카메라 하우징(143) 및 팬틸트(PAN/TILT) 드라이버(143)를 포함하여 구성될 수 있다.
다른 실시예로, 본 발명의 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 메인 PC(110)에서 실행되는 장력 측정 프로그램으로서 구현될 수도 있다.
메인 PC(110)는 장력 측정 프로그램이 실행되는 관리자 단말로서, 태풍, 강풍 시 교량의 이상 유무를 확인하거나, 정기 점검을 위해 장대 교량 케이블의 장력을 측정하려는 경우, 상기 장력 측정 프로그램을 통해 장대 교량에 사용되는 케이블의 동특성 중 하나인 장력 측정을 제어하는 이벤트 신호를 발생할 수 있다.
RX 리피터(120)는 RX 제어를 위한 수단으로서, 예컨대 후술하는 카메라 모듈(140)로부터의 데이터를 TX 리피터(130)를 경유하여 수신하여, 메인 PC(110)로 전달하는 역할을 할 수 있다.
TX 리피터(130)는, TX 제어를 위한 수단으로서, 예컨대 카메라 모듈(140)에서 생성되는 데이터를, RX 리피터(120)를 매개로, 메인 PC(110)로 전달되도록 역할을 할 수 있다.
RX 리피터(120)와 TX 리피터(130)는 상호 간의 페어 동작에 의거해, 데이터를, 카메라 모듈(140)과 메인 PC(110) 사이에서 교환, 처리 할 수 있다.
카메라 모듈(140)은 상기 이벤트 신호의 수신에 따라, 장대 교량 케이블의 영상을 시간에 따라 이동하며 촬상하고, 상기 영상으로부터 획득한 케이블 이미지에서 사전 인식된 케이블의 기준점을 이용하여, 장력을 추정할 수 있다.
이때, 메인 PC(110)는 케이블 이미지 내의 모든 케이블의 장력을 시간 별로 측정하는 이벤트 신호를 발생할 수도 있고, 케이블 이미지 내에서 장력 측정이 필요한 것으로 판단되는 일부 케이블의 장력을 측정하는 이벤트 신호를 송출할 수도 있다.
메인 PC(110)는 RX 리피터(120)와 TX 리피터(130)를 이용하여 상기 이벤트 신호를 원 거리에 설치된 카메라 모듈(140)로 전송하거나, 카메라 모듈(140)에 의해 촬상된 영상을, 영상 저장 서버에 저장할 수 있다. 여기서, 카메라 모듈(140)과 영상 저장 서버(데이터베이스)는 실시간 데이터 처리를 위하여 인접한 곳에 설치될 수 있다.
일례로, 메인 PC(110)는 장력 측정 프로그램을 통해, 장대 교량에 사용된 케이블 중에서 장력 측정하려는 케이블의 위치 정보를 입력 받고, 상기 케이블의 위치 정보를 포함하여 이벤트 신호를 발생할 수 있다.
또한, 메인 PC(110)는 팬틸트 드라이버(143)에 관한 설정값(예를 들어, '이동 방향', '이동 거리', '이동 속도' 등)을 포함하여, 상기 이벤트 신호를 발생할 수 있다. 여기서, 상기 설정값은 장력 측정 프로그램을 통해 입력될 수도 있고, 상기 입력된 케이블의 위치 정보에 따라 자동으로 산출될 수도 있다.
또한, 메인 PC(110)는 상기 영상을 촬상하기 위한 해상도를 포함하여, 상기 이벤트 신호를 발생할 수 있다. 여기서, 상기 해상도는 장력 측정 프로그램을 통해 입력될 수도 있고, 상기 입력된 케이블의 위치 정보에 따라 자동으로 산출될 수도 있다.
이에 따라, 팬틸트 드라이버(143)와 렌즈(142)는 상기 이벤트 신호에 포함된 위치 정보를 기반으로 자동 제어될 수 있다.
즉, 팬틸트 드라이버(143)는 상기 이벤트 신호를 메인 PC(110)로부터 수신함에 따라, 상기 이벤트 신호에 포함된 설정값에 기초하여 카메라 모듈(140)을 이동시킬 수 있으며, 카메라 모듈(140)은 상기 케이블의 위치 정보와 관련한 영상을 용이하게 촬상할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 케이블 교량의 장력 측정 시스템(100)은, 위치 정보 인식 기반 자동 제어가 가능한 팬틸트 드라이버(143)를 통해, 한 대의 영상 기반 자동화 시스템으로 전체 케이블을 용이하게 계측할 수 있다.
또한, 카메라 모듈(140)은 상기 이벤트 신호에 포함된 해상도에 따라, 렌즈(142)의 줌 기능과 포커스 기능을 조정하여 영상을 촬상 함으로써, 원 거리에서도 일정 수준 이상의 해상도를 확보할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(140)은 원 거리 케이블에 대한 해상도를 확보하기 위해 전동 줌 렌즈를 구비할 수 있다.
메인 PC(110)는 장력 측정 프로그램을 통해, 촬상된 영상(케이블 이미지)을, 케이블의 위치 정보와, 줌 렌즈 및 렌즈 포커스에 관한 설정값을 연관시켜 저장 함으로써, 케이블에 대해 장기적인 모니터링을 수행할 수 있다.
본 발명에서, 카메라 모듈(140)은 일정 수준 이상의 해상도(예를 들어, 영상의 가로가 640 픽셀 이상)를 구현 가능하고, 촬상된 영상을 일정 수준 이상의 속도(예컨대, 60fps 이상)로 메인 PC(110)에 전송 가능한 카메라(141)를 구비할 수 있다.
또한, 카메라 모듈(140)은 방수, 방열 및 방진 기능을 수행하는 카메라 하우징(144)을 통해 카메라(141)와 렌즈(142)를 보호하여, 악천후의 기후 조건에서도 용이하게 구동되도록 설계될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 획득부(210), 인식부(220), 처리부(230), 데이터베이스(240) 및 보정부(250)를 포함하여 구성할 수 있다.
획득부(210)는 장력 측정에 관한 이벤트 신호의 수신에 연동하여, 케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득한다.
관리자 단말은 장력 측정 프로그램을 통해 장대 교량에 사용되는 케이블의 동특성 중 하나인 장력 측정을 제어하는 이벤트 신호를 발생할 수 있다.
관리자 단말은 케이블 이미지 내의 모든 케이블의 장력을 시간 별로 측정하는 이벤트 신호를 발생할 수도 있고, 케이블 이미지 내에서 장력 측정이 필요한 것으로 판단되는 일부 케이블의 장력을 측정하는 이벤트 신호를 송출할 수도 있다.
일례로, 획득부(210)는 상기 이벤트 신호에 의해 장력 측정하려는 케이블이 지정되는 경우, 상기 케이블에 대한 위치 정보에 따른 팬틸트 드라이버와, 상기 케이블에 대한 해상도에 따른 전동 줌 렌즈 및 렌즈 포커스 중 적어도 하나의 카메라 모듈에 관한 설정값을, 데이터베이스(240)로부터 리드하고, 상기 설정값에 따라 상기 카메라 모듈을 제어하여, 상기 케이블에 대한 케이블 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 획득부(210)는 상기 이벤트 신호에 포함되는 케이블의 위치 정보를 기반으로 카메라 모듈의 팬틸트 드라이버와, 줌 렌즈 및 렌즈 포커스를 자동 제어하여, 장대 교량 케이블의 영상을 시간에 따라 이동하며 촬상하고, 상기 영상으로부터 케이블 이미지(예컨대 도 8의 810 내지 840)를 획득할 수 있다.
인식부(220)는 상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식한다.
일례로, 인식부(220)는 장대 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터 획득한 케이블 이미지의 원 이미지(도 4의 410 참조)에 대해 평활화 필터 및 선명화 필터를 적용하여 명암의 노이즈 감소 및 선명화 처리를 수행하고, 퍼셉트론 알고리즘에 의해 사전에 학습된 케이블의 기준점을 인식할 수 있다.
구체적으로, 인식부(220)는 3×3 크기의 마스크를 가지는 평활화 필터를 적용하여, 상기 케이블 이미지로부터 명암의 전이에 따른 노이즈를 필터링하고, 상기 노이즈를 필터링한 케이블 이미지에 대해, 라플라시안(Laplacian)에 의한 선명화 필터를 적용하여, 상기 케이블 이미지에 대한 명암도를 개선할 수 있다.
인식부(220)는 상기 평활화 필터 및 상기 선명화 필터를 적용한 상기 케이블 이미지에 대해, 선형 결정 함수에 따른 퍼셉트론(perceptron)의 알고리즘을 적용하여, 위치 정보 기반으로 상기 기준점을 인식할 수 있다.
또한, 인식부(220)는 케이블 이미지와의 유사도가 가장 높은 템플릿 이미지를 이용하여, 케이블의 변형 또는 변위를 보정한 케이블 이미지로부터, 케이블의 기준점을 인식할 수 있다.
데이터베이스(240)는 상기 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지를 저장한다. 여기서, 템플릿 이미지는 특정 공간에 주어지는 일종의 모델 영상으로서 이전에 획득된 케이블 이미지 중 일부를, 조건에 맞춰 특정하여 지정한 것일 수 있다.
보정부(250)는 데이터베이스(240)로부터 검색한, 상기 케이블 이미지와의 유사도가 가장 높은 제1 템플릿 이미지를 이용하여, 상기 케이블 이미지 내에서 상기 케이블의 변형 또는 변위를 포함하는 오차(왜곡)를 보정한다. 인식부(220)는 상기 보정된 케이블 이미지로부터, 케이블의 기준점을 인식할 수 있다.
일례로, 보정부(250)는 상기 복수의 템플릿 이미지 각각을 기준으로, 상기 케이블 이미지와의 패턴 매칭을 수행하여, 유사도가 가장 높은 템플릿 이미지를, 상기 제1 템플릿 이미지로서 검색할 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 보정부(250)는 단일 특징에 대해 템플릿 매칭을 수행하여, 미리 학습된 템플릿 이미지(320)를 기준으로 케이블 이미지(310) 내부에 있는 유사한 패턴을 찾아 낼 수 있다. 보정부(250)는 각각의 템플릿 이미지(320)와 가장 일치하는 케이블 이미지(310)(원 영상) 내의 영역(330)을 찾기 위해 정규상호상관관계를 이용할 수 있다.
보정부(250)는 상기 케이블 이미지에서 인식한 기준점을, 상기 제1 템플릿 이미지에 대한 기준점으로 좌표 변환하는 변환 함수(transform function)를 이용하여, 상기 오차를 보정할 수 있다.
즉, 보정부(250)는 장대 교량 케이블의 외적인 하중에 의해 발생하는 변형으로 인한 기하학적인 오차를 보정하기 위해, 변형이 없는 이미지와, 변형이 있는 이미지의 기준점에 대한 좌표변화를 통해 두 이미지 사이의 변환 함수를 구하고, 이 변환 함수를 사용하여 변형 및 변위(오차)가 발생한 이미지를, 발생하지 않는 이미지 기준으로 픽셀의 위치를 변환할 수 있다.
처리부(230)는 상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 상기 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정한다.
즉, 처리부(230)는 인식된 기준점을 이용하여, 케이블 장력 측정 시 필요한 응답을 획득하기 위한 지점으로서 측정범위를 식별할 수 있다. 처리부(230)에 의해, 측정범위의 식별에 대한 일례는 후술하는 도 5로부터 확인할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 처리부(230)는 케이블 이미지에서 인식한 기준점(510)을 시작점으로 지정하고, 시작점에 대응되는 종료점(520)을 식별하여, 케이블의 기준점(510)에서 종료점(520)에 이르는 지점을, 측정범위(530)로 식별하고, 측정범위(530)와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 케이블의 장력을 추정할 수 있다.
일례로, 데이터베이스(240)는 상기 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지 각각으로, PSD(Power Spectral Density) 함수를 통해 산출되는 고유 진동수를 대응시켜 상기 학습 데이터로서 저장한다.
처리부(230)는 상기 측정범위가 공통으로 식별되는 학습 데이터를 데이터베이스(240)에서 추출하고, 추출된 학습 데이터가 갖는 고유 진동수로부터 상기 장력을 추정할 수 있다.
실시예에 따라, 처리부(230)는 상기 케이블 이미지 내에 복수의 케이블이 포함되는 경우, 상기 복수의 케이블 각각에 대해 인식되는 기준점에 대응하는 측정범위에서 상기 복수의 케이블의 장력을 측정할 수도 있다.
인식부(220)는 케이블 이미지 내에 복수의 케이블이 포함되는 경우, 최대 95%의 케이블의 기준점을 인식할 수 있다. 예를 들어, 처리부(230)는 케이블 이미지에 총 '40개'의 케이블이 포함되는 경우, '38개'의 케이블의 장력을 추정할 수 있게 된다.
이때, 추정된 '38개'의 케이블의 장력 중, 설정된 비율(예, 50%) 이상으로 허용 범위를 벗어나는 경우, 본 발명의 장력 측정 시스템은, 등록된 관리자에게, 케이블 장력 이상의 경고와 함께, 케이블 및 교량의 이상 유무의 점검을 위한 알림 정보를 제공하도록 동작할 수 있다.
처리부(230)는 상기 이벤트 신호에 대한 응답으로, 상기 케이블에 대한 장력 및 고유 진동수에 관한 정보를, 관리자 단말에 전송할 수 있다.
다시 말해, 처리부(230)는 케이블 이미지에서 인식된 기준점을 지정하고, 타겟 윈도우가 ROI 윈도우에 최적으로 매칭되는 영역에 관한 정보를 제공하기 위해 패턴 매칭을 수행할 수 있다. 처리부(230)는 변위 및 변형(오차)에 의해 생기는 기하하적인 왜곡을 보정하기 위해 2차 다항식 함수를 이용하여 픽셀의 위치를 재정렬하여 보정하고 단위 픽셀 이하를 계산할 수 있다.
처리부(230)는 해석된 변위응답을 실시간 PSD 함수를 적용하여 각 모드별 고유진동수를 추출하고, 추출된 각 모드별 고유진동수를 진동법에 적용하여 장력을 추정할 수 있다.
처리부(230)는 케이블의 응답, 각 모드별 고유진동수, 장력에 관한 결과 정보를 유지관리를 수행하는 단말로 전송할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 장대 교량 케이블을 촬상한 영상을 처리하여 장력 측정이 요구되는 케이블에 대한 기준점을 인식하고, 상기 기준점에 따른 측정범위에서의 학습 데이터를 이용하여 케이블의 장력을 추정 함으로써, 가속도 센서를 이용하는 기존의 방식 보다 적은 설치 비용과 유지 보수 비용으로 측정 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 기반으로 케이블의 장력 측정을 자동화 함으로써, 관리자의 주관적인 판단 없이도 케이블에 대한 정기 점검을 상시로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 카메라 모듈에 구비된 팬틸트 드라이버의 제어를 통해, 장력 측정이 필요하다고 판단되는 케이블을 시간에 따라 이동하면서 촬상하여, 한 면에 설치된 모든 케이블에 대해 장력을 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 카메라 모듈에 구비된 줌 렌즈 또는 렌즈 포커스의 제어를 통해, 원 거리에서 촬상된 장대 교량 케이블의 영상으로부터 일정 수준 이상의 해상도를 가지는 케이블 이미지를 획득하여, 상기 케이블 이미지에서 장력 측정을 위한 기준점을 정확하게 인식할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 위치 정보 기반으로 자동 제어가 가능한 팬틸트 드라이버와 줌 렌즈 및 포커스 렌즈 중 적어도 하나의 카메라 모듈을 이용하여, 촬영 위치 및 해상도를 조정하여 장대 교량 케이블의 영상을 촬상 함으로써, 한 번의 촬영을 통해 획득한 케이블 이미지로부터 많은 수의 케이블에 대한 장력을 용이하게 계측하여, 종래에 케이블 각각으로 부착된 가속도 센서를 통해 장력을 측정하는 경우보다 측정 효율성을 높일 수 있다.
도 3은 템플릿 매칭을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 장대 교량 케이블의 영상을 촬상하여 획득한 케이블 이미지(310)와, 특정 공간에 주어진 템플릿 이미지(320) 사이의 유사도를 계산하여 템플릿 매칭을 수행할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 주로 단일 특징에 대해 템플릿 매칭을 수행하여, 일종의 모델 영상으로서 미리 학습된 템플릿 이미지(320)를 기준으로 케이블 이미지(310) 내부에 있는 유사한 패턴을 찾아 낼 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 템플릿 이미지(320)를 타겟 윈도우에 등록하고, 시간에 따라 변화하는 ROI 윈도우에 표시되는 케이블 이미지(310)와 가장 유사한 템플릿 이미지(320)를 추출할 수 있다.
이때, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 각각의 템플릿 이미지(320)와 가장 일치하는 케이블 이미지(310)(원 이미지) 내의 영역(330)을 찾기 위해 정규상호상관관계를 이용할 수 있다. 원 이미지의 위치 (x, y)에서 i번째 템플릿 이미지(320)에 대한 정규상호상관관계 γ(u, v)는, 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
최대 정규상호상관계수 γmax의 값은 케이블 이미지(310)가 표시되는 ROI 윈도우에, 템플릿 이미지(320)가 등록된 타겟 윈도우(target window)가 최적으로 매칭되는 위치에 해당되며, 수학식 3에 의해 기준점의 변화를 찾을 수 있다.
여기서, R은 도 3에서 M×N 픽셀 사이즈의 ROI 윈도우를 나타내며, t는 도 3에서 k×j 픽셀 사이즈의 타겟 윈도우를 나타낸다. 또한, x=0, 1, 2, …, M-1, y= 0, 1, 2, …, N-1이며,
Figure pat00004
는 R 안에 있는 픽셀들의 평균값을 나타낸다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 장대 교량 케이블 응답의 정밀도를 향상시키기 위해 각 이미지마다 분모를 계산하여 해석을 수행할 수 있다.
Figure pat00005
은
Figure pat00006
의 현 위치와 일치되는 영역에서의
Figure pat00007
의 평균값이며, 연산은
Figure pat00008
과
Figure pat00009
양쪽으로 공통인 좌표들 내에서 이루어질 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 장대 교량 케이블의 외적인 하중에 의해 발생하는 변형으로 인한 기하학적인 오차를 보정하기 위해, 변형이 없는 이미지와, 변형이 있는 이미지의 기준점에 대한 좌표변화를 통해 두 이미지 사이의 변환 함수를 구할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 이 변환 함수를 사용하여 변형 및 변위(오차)가 발생한 이미지를, 발생하지 않는 이미지 기준으로 픽셀의 위치를 변환할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 장대 교량 케이블의 장력을 측정하기 위해 발생한 변형과 같은 비선형적인 거동에 적합하도록 수학식 4와 같은 2차 다항식(polynomial function)을 사용하여 단위 픽셀 이하를 계산할 수 있다.
Figure pat00010
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 장대 교량 케이블 장력을 측정하기 위해 굽힘 및 비선형적인 움직임에 적용되는 수학식 4의 2차 다항변환함수를 적용할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 구조물의 움직임을 나타내는 최소 6개의 변형이 없는 이미지의 좌표 (x, y) 및 변형이 있는 이미지의 좌표 (x-u, y-v)를 이용하여, 2차 다항변환함수에서 총 12개의 계수 값을 구할 수 있다.
본 명세서에서, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 9개의 변형이 없는 이미지의 좌표 및 변형이 있는 이미지의 좌표를 이용하여, 픽셀의 위치를 재정렬 하여 단위 픽셀 이하를 계산할 수 있다.
도 4는 케이블 이미지에 대해 영상 필터 처리를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 영상 기반으로 케이블의 장력을 측정 시, 각각의 다른 날씨 조건 때문에 기준점 인식에 어려움이 있으므로, 영상 해석의 단일화를 위하여 영상 필터 처리 알고리즘인 평활화 필터 및 선명화 필터를 케이블 이미지의 원 이미지(410)에 적용하여, 사전 처리를 수행할 수 있다.
평활화 필터의 응답은 필터 마스크의 이웃점 내에 포함된 픽셀들의 평균으로, 평균처리 필터 또는 저역통과 필터일 수 있다. 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 도 4에 도시한 3x3 크기를 가지는 필터 마스크(420)에 의해 정의된 이웃점들의 명암도 평균으로 원 이미지(410) 내의 모든 픽셀의 값을 교체 함으로써, 명암도에서 전이가 줄어든 영상이 생기게 할 수 있다.
즉, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 수학식 5와 같이, 3x3 크기의 필터 마스크(420)를 가진 평활화 필터를 이용하여 원 이미지(410)에 대한 노이즈를 감소할 수 있다. 여기서, R은 평활화 필터 마스크를 나타내며 zi는 1의 계수를 가진 3×3 크기의 픽셀 마스크이다.
Figure pat00011
또한, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 평활화 필터를 적용한 이미지에 선명화 필터를 적용하여, 미세하고 세밀한 부분을 강조하거나 또는 오류나 영상을 획득하는 과정에서 나타나는 몽롱화된 부분을 개선할 수 있다.
일례로, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 케이블의 헬리컬 필렛(helical fillet)의 선명화를 위해, 미분 연산자인 라플라시안을 적용하여, 케이블 이미지 내의 명암도의 불연속점을 강조하고 완만하게 변화하는 명암도의 영역에 대한 중요성을 감소시킬 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 수학식 6으로부터 푸리에 변환의 선형성을 구할 수 있으며, 수학식 6의 미분을 정리하여 수학식 7을 도출할 수 있고, 2차 미분을 이용하여 수학식 8을 도출할 수 있다.
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
이에 따라, 2차원 라플라시안은 수학식 9와 같으며, 선명화는 수학식 10에 의해 표현되고, 수학식 9를 수학식 10에 대입하면, 선명화 필터의 푸리에 이미지를 수식으로 나타낸 함수(430)은 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 더 높은 주파수 (u, v)를 명확히 강조하기 위해 수학식 11에서 'C=5'와 같은 계수 값을 적용할 수 있다.
또한, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 사전에 인식된 케이블의 기준점을 위치 정보 기반으로 자동 인식하기 위해 퍼셉트론 알고리즘을 적용할 수 있다. 퍼셉트론 알고리즘에 따르면, 가장 기본적인 형태에서 선형적으로 분리 가능한 학습 집합들을 이분하는 선형 결정 함수를 학습하게 되며 이 기본 소자의 응답은 가중치가 적용된 입력들의 합에 기초를 둘 수 있다.
이는 형태 백터들의 구성 요소들에 대해 선형인 결정 함수이다. 계수 wi, i= 1, 2, …, N, N+1은 가중치이며, 합산되어 문턱치 소자로 입력되기 전에 입력된 값을 변화시킬 수 있다.
d(x) > 0 일 때, 문턱치 소자는 퍼셉트론의 출력을 '+1'이 되게 하며, 이는 형태 x가 모임 w1에 속하는 것으로 인식되었음을 나타내고, d(x) < 0 일 때는 그 반대가 될 수 있다. 이 동작 모드는 두 형태 모임에 대해 단일 결정 함수를 사용하는 것과 같다. d(x) = 0 일 때에는 x가 두 형태 모임을 분할하는 결정 표면에 놓이게 되고 불확정한 조건이 될 수 있다. 퍼셉트론에 의해 수행되는 결정 경계는 수학식 12의 값을, 수학식 13과 같이 '0'으로 놓고 구할 수 있다.
Figure pat00018
Figure pat00019
기하학적으로 처음부터 n개의 계수들은 평면의 방향을 설정하는 반면, 마지막 계수인 wn +1은 원점에서 명면까지의 수직거리에 비례하므로, wn +1이면 초평면은 형태공간의 원점을 지날 수 있다. 또한, 이와 유사하게 wi=0 이면 초평면은 xi축에 평행하게 된다. 이 경우, 출력은 수학식 14와 같다.
Figure pat00020
도 5는 기준점을 이용하여 케이블에 대한 측정범위를 식별하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 장대 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터 케이블 이미지(500)를 획득하고, 획득한 케이블 이미지의 원 이미지(도 4의 410 참조)에 대해 평활화 필터 및 선명화 필터를 적용하여 명암의 노이즈 감소 및 선명화 처리를 수행하고, 퍼셉트론 알고리즘에 의해 사전에 학습된 케이블의 기준점(510)을 인식할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 인식된 기준점(510)을 통해 케이블 장력 측정을 위해 필요한 응답을 획득하기 위한 지점, 즉 측정범위(530)를 지정할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 기준점(510)을 시작점으로 지정하고, 시작점에 대응되는 종료점(520)을 식별하여, 케이블의 기준점(510)에서 종료점(520)에 이르는 지점을, 측정범위(530)로 식별할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 측정범위(530)와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 케이블의 장력을 추정할 수 있다.
도 6은 진동법에 근거하여 장력을 산정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 케이블에서 획득한 동적응답으로부터 케이블의 고유진동수와 모드 형상과 같은 동특성을 획득하고, 케이블의 형상조건을 활용하여 진동법에 따라 케이블의 장력을 역산할 수 있다.
도 6을 참조하면, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 케이블의 처짐이 크지 않은 경우, 케이블로부터 복수의 고유진동수를 추출하여 그 각각을 모드차수로 나눈 값의 제곱 (fn/n)2과, 해당 모드차수의 제곱 n2에 대한 1차 회귀선을 그려 장력을 산정할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템은 수학식 15에 나타난 1차 선형회귀식의 b를 구하여, 수학식 16과 같이 케이블 장력을 추정할 수 있다. 여기서, T와 EI는 각각 케이블의 장력과 휨 강성을 나타내며, w는 단위길이당 중량을 나타내고, Le는 케이블의 유효 길이를 나타낼 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
도 7은 케이블 장력 측정 프로그램의 화면 일례를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 측정된 케이블의 장력(예를 들어, '4561kN')을, 장력 측정 프로그램 상에 케이블 이미지와 연관시켜 표시할 수 있다.
또한, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 장력 측정 시 필요한 x축 응답 및 y축 응답에 대한 주파수 도메인 응답을, 도 7의 (ⅰ)과 같이 장력 측정 프로그램 상에 표시할 수 있다.
여기서, 주파수 도메인 응답이란, 케이블의 응답에서 추출한 고유진동수를 지칭할 수 있다.
또한, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 케이블의 x축 응답 및 y축 응답을 도 7의 (ⅱ) 및 (ⅲ)과 같이 장력 측정 프로그램 상에 표시할 수 있다.
도 8은 카메라 모듈을 일정 시간 간격으로 이동시키면서 케이블 교량의 케이블을 촬영하여 획득한 케이블 이미지의 일례들을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 위치 정보 기반으로 카메라 모듈의 팬틸트 드라이버와, 줌 렌즈 및 렌즈 포커스를 자동 제어하여, 장대 교량 케이블의 영상을 시간에 따라 이동하며 촬상하고, 상기 영상으로부터 획득한 케이블 이미지(810 내지 840)에서 사전 인식된 케이블의 기준점을 이용하여 장력을 추정하여, 시간에 따른 장력의 변화를 확인할 수 있다.
이때, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은, 이벤트 신호의 송출을 통해, 케이블 이미지(810 내지 840) 내의 일부 케이블을 지정하여 장력을 추정할 수 있으며, 또한, 각 케이블 이미지(810 내지 840) 내의 최대 95%에 해당하는 케이블의 장력을 추정할 수도 있다. 예를 들어, 케이블 교량의 장력 측정 시스템은 케이블 이미지에 총 '40개'의 케이블이 포함되는 경우, '38개'의 케이블의 장력을 추정할 수 있다.
이하, 도 9에서는 본 발명의 실시예들에 따른 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 케이블 교량의 장력 측정 방법은 상술한 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 단계(910 내지 920)에서, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 관리자 단말로부터 장력 측정에 관한 이벤트 신호를 수신 함에 따라, 케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득한다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 상기 이벤트 신호에 포함되는 케이블의 위치 정보를 기반으로 카메라 모듈의 팬틸트 드라이버와, 줌 렌즈 및 렌즈 포커스를 자동 제어하여, 장대 교량 케이블의 영상을 시간에 따라 이동하며 촬상하고, 상기 영상으로부터 케이블 이미지(810 내지 840)를 획득할 수 있다.
단계(930)에서, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식한다.
일례로, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 장대 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터 획득한 케이블 이미지의 원 이미지(도 4의 410 참조)에 대해 평활화 필터 및 선명화 필터를 적용하여 명암의 노이즈 감소 및 선명화 처리를 수행하고, 퍼셉트론 알고리즘에 의해 사전에 학습된 케이블의 기준점을 인식할 수 있다.
또한, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 상기 케이블 이미지와의 유사도가 가장 높은 제1 템플릿 이미지를 이용하여, 상기 케이블 이미지 내에서 상기 케이블의 변형 또는 변위를 포함하는 오차(왜곡)를 보정하고, 보정된 케이블 이미지로부터, 케이블의 기준점을 인식할 수 있다.
여기서, 템플릿 이미지는 특정 공간에 주어지는 일종의 모델 영상으로서 이전에 획득된 케이블 이미지 중 일부를, 조건에 맞춰 특정하여 지정한 것일 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 단일 특징에 대해 템플릿 매칭을 수행하여, 미리 학습된 템플릿 이미지(320)를 기준으로 케이블 이미지(310) 내부에 있는 유사한 패턴을 찾을 수 있으며, 각각의 템플릿 이미지(320)와 가장 일치하는 케이블 이미지(310)(원 영상) 내의 영역(330)을 찾기 위해 정규상호상관관계를 이용할 수 있다.
단계(940)에서, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정한다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 인식된 기준점을 이용하여, 케이블 장력 측정 시 필요한 응답을 획득하기 위한 지점으로서 측정범위를 식별할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 케이블 이미지에서 인식한 기준점(510)을 시작점으로 지정하고, 시작점에 대응되는 종료점(520)을 식별하여, 케이블의 기준점(510)에서 종료점(520)에 이르는 지점을, 측정범위(530)로 식별하고, 측정범위(530)와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 케이블의 장력을 추정할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지 각각으로, PSD 함수를 통해 산출되는 고유 진동수를 대응시켜, 상기 학습 데이터로서 데이터베이스에 저장할 수 있으며, 측정범위가 공통으로 식별되는 학습 데이터를 상기 데이터베이스에서 추출하여, 학습 데이터가 갖는 고유 진동수로부터 상기 장력을 추정할 수 있다.
다시 말해, 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 케이블 이미지에서 인식된 기준점을 지정하고, 타겟 윈도우가 ROI 윈도우에 최적으로 매칭되는 영역에 관한 정보를 제공하기 위해 패턴 매칭을 수행하고, 변위 및 변형(오차)에 의해 생기는 기하하적인 왜곡을 보정하기 위해 2차 다항식 함수를 이용하여 픽셀의 위치를 재정렬하여 보정하고 단위 픽셀 이하를 계산할 수 있다. 케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 해석된 변위응답을 실시간 PSD 함수를 적용하여 각 모드별 고유진동수를 추출하고, 추출된 각 모드별 고유진동수를 진동법에 적용하여 장력을 추정할 수 있다.
케이블 교량의 장력 측정 시스템(200)은 케이블의 응답, 각 모드별 고유진동수, 장력에 관한 결과 정보를, 상기 이벤트 신호를 발생하는 관리자 단말로 전송할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 장대 교량 케이블을 촬상한 영상을 처리하여 장력 측정이 요구되는 케이블에 대한 기준점을 인식하고, 상기 기준점에 따른 측정범위에서의 학습 데이터를 이용하여 케이블의 장력을 추정 함으로써, 가속도 센서를 이용하는 기존의 방식 보다 적은 설치 비용과 유지 보수 비용으로 측정 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
200: 장력 측정 시스템
210: 획득부 220: 인식부
230: 처리부 240: 데이터베이스
250: 보정부

Claims (16)

  1. 장력 측정에 관한 이벤트 신호의 수신에 연동하여,
    케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득하는 획득부;
    상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식하는 인식부; 및
    상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 상기 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정하는 처리부
    를 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지 각각으로, PSD(Power Spectral Density) 함수를 통해 산출되는 고유 진동수를 대응시켜 상기 학습 데이터로서 저장하는 데이터베이스
    를 더 포함하고,
    상기 처리부는,
    상기 측정범위가 공통으로 식별되는 학습 데이터를 상기 데이터베이스에서 추출하고, 상기 추출된 학습 데이터가 갖는 고유 진동수로부터 상기 장력을 추정하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지를 저장하는 데이터베이스; 및
    상기 데이터베이스로부터 검색한, 상기 케이블 이미지와의 유사도가 가장 높은 제1 템플릿 이미지를 이용하여, 상기 케이블 이미지 내에서 상기 케이블의 변형 또는 변위를 포함하는 오차를 보정하는 보정부
    를 더 포함하고,
    상기 인식부는,
    상기 보정된 케이블 이미지로부터, 기준점을 인식하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 복수의 템플릿 이미지 각각을 기준으로, 상기 케이블 이미지와의 패턴 매칭을 수행하여, 유사도가 가장 높은 템플릿 이미지를, 상기 제1 템플릿 이미지로서 검색하고,
    상기 케이블 이미지에서 인식한 기준점을, 상기 제1 템플릿 이미지에 대한 기준점으로 좌표 변환하는 변환 함수를 이용하여, 상기 오차를 보정하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인식부는,
    3×3 크기의 마스크를 가지는 평활화 필터를 적용하여, 상기 케이블 이미지로부터 명암의 전이에 따른 노이즈를 필터링하고,
    상기 노이즈를 필터링한 케이블 이미지에 대해, 라플라시안(Laplacian)에 의한 선명화 필터를 적용하여, 상기 케이블 이미지에 대한 명암도를 개선하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인식부는,
    선형 결정 함수에 따른 퍼셉트론(perceptron)의 알고리즘을 적용하여, 상기 케이블 이미지로부터 위치 정보 기반으로 상기 기준점을 인식하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이벤트 신호에 의해 장력 측정하려는 케이블이 지정되는 경우,
    상기 획득부는,
    상기 케이블에 대한 위치 정보에 따른 팬틸트 드라이버와, 상기 케이블에 대한 해상도에 따른 전동 줌 렌즈 및 렌즈 포커스 중 적어도 하나의 카메라 모듈에 관한 설정값을, 데이터베이스로부터 리드하고,
    상기 설정값에 따라 상기 카메라 모듈을 제어하여, 상기 케이블에 대한 케이블 이미지를 획득하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이블 이미지 내에 복수의 케이블이 포함되는 경우,
    상기 인식부는,
    상기 복수의 케이블 각각에 대해 기준점을 인식하고,
    상기 처리부는,
    상기 각 기준점에 대응하는 측정범위에서 상기 복수의 케이블의 장력을 측정하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 이벤트 신호에 대한 응답으로, 상기 케이블에 대한 장력 및 고유 진동수에 관한 정보를, 관리자 단말에 전송하는
    케이블 교량의 장력 측정 시스템.
  10. 장력 측정에 관한 이벤트 신호의 수신에 연동하여,
    케이블 교량에 사용되는 케이블을 시간 간격으로 이동하며 촬상한 영상으로부터, 케이블 이미지를 획득하는 단계;
    상기 케이블 이미지에 대한 기준점을 인식하는 단계; 및
    상기 기준점에 대응하는 측정범위를 식별하고, 상기 측정범위와 연관된 학습 데이터를 이용하여, 상기 케이블의 장력을 추정하는 단계
    를 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지 각각으로, PSD 함수를 통해 산출되는 고유 진동수를 대응시켜 상기 학습 데이터로서 저장하는 데이터베이스를 유지하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 측정범위가 공통으로 식별되는 학습 데이터를 상기 데이터베이스에서 추출하고, 상기 추출된 학습 데이터가 갖는 고유 진동수로부터 상기 장력을 추정하는 단계
    를 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 케이블에 관한 복수의 템플릿 이미지를 저장하는 데이터베이스를 유지하는 단계;
    상기 데이터베이스로부터 검색한, 상기 케이블 이미지와의 유사도가 가장 높은 제1 템플릿 이미지를 이용하여, 상기 케이블 이미지 내에서 상기 케이블의 변형 또는 변위를 포함하는 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 케이블 이미지로부터, 기준점을 인식하는 단계
    를 더 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 복수의 템플릿 이미지 각각을 기준으로, 상기 케이블 이미지와의 패턴 매칭을 수행하여, 유사도가 가장 높은 템플릿 이미지를, 상기 제1 템플릿 이미지로서 검색하는 단계; 및
    상기 케이블 이미지에서 인식한 기준점을, 상기 제1 템플릿 이미지에 대한 기준점으로 좌표 변환하는 변환 함수를 이용하여, 상기 오차를 보정하는 단계
    를 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 인식하는 단계는,
    3×3 크기의 마스크를 가지는 평활화 필터를 적용하여, 상기 케이블 이미지로부터 명암의 전이에 따른 노이즈를 필터링하는 단계; 및
    상기 노이즈를 필터링한 케이블 이미지에 대해, 라플라시안에 의한 선명화 필터를 적용하여, 상기 케이블 이미지에 대한 명암도를 개선하는 단계
    를 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 이벤트 신호에 의해 장력 측정하려는 케이블이 지정되는 경우,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 케이블에 대한 위치 정보에 따른 팬틸트 드라이버와, 상기 케이블에 대한 해상도에 따른 전동 줌 렌즈 및 렌즈 포커스 중 적어도 하나의 카메라 모듈에 관한 설정값을, 데이터베이스로부터 리드하는 단계; 및
    상기 설정값에 따라 상기 카메라 모듈을 제어하여, 상기 케이블에 대한 케이블 이미지를 획득하는 단계
    를 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 이벤트 신호에 대한 응답으로, 상기 케이블에 대한 장력 및 고유 진동수에 관한 정보를, 관리자 단말에 전송하는 단계
    를 더 포함하는 케이블 교량의 장력 측정 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210062454A (ko) * 2019-11-21 2021-05-31 한국철도기술연구원 선로 검사 장치 및 선로 검사 방법
CN114926418A (zh) * 2022-05-09 2022-08-19 三峡大学 一种特高压输电线路拉线塔拉线张力非接触测量方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102353635B1 (ko) * 2020-05-15 2022-01-20 건국대학교 산학협력단 Dic 기법을 이용한 구조물 건전성 모니터링 장치 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090105031A (ko) * 2008-04-01 2009-10-07 박찬애 영상처리기법을 이용한 골프 클리닉 시스템 및 그것의운용방법
KR101172201B1 (ko) * 2010-10-25 2012-08-07 대림산업 주식회사 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조 및 설치방법
JP2015190100A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 株式会社フジタ 構造物の点検装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090105031A (ko) * 2008-04-01 2009-10-07 박찬애 영상처리기법을 이용한 골프 클리닉 시스템 및 그것의운용방법
KR101172201B1 (ko) * 2010-10-25 2012-08-07 대림산업 주식회사 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조 및 설치방법
JP2015190100A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 株式会社フジタ 構造物の点検装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEONG, Byeongjang; LEE, Yong Hoon. Design of weighted order statistic filters using the perceptron algorithm. IEEE transactions on signal processing, 1994, 42.11: pp. 3264~3269.* *
SHAIKH, Soharab Hossain; ROY, Saikat; CHAKI, Nabendu. Recognition of object orientation from images. In: Emerging Trends in Science, Engineering and Technology (INCOSET), IEEE, 2012. pp. 260~263.* *
김성완, Health monitoring of civil structures using vision-based measurement system, 부산대학교 대학원 박사학위 논문, 2014년 8월* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210062454A (ko) * 2019-11-21 2021-05-31 한국철도기술연구원 선로 검사 장치 및 선로 검사 방법
CN114926418A (zh) * 2022-05-09 2022-08-19 三峡大学 一种特高压输电线路拉线塔拉线张力非接触测量方法

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